Биоперовскит повысит эффективность солнечных батарей
Солнечные батареи могут работать еще эффективнее, доказали ученые из Университета Пенсильвании (США). Добавление белка бактериородопсина повышает эффективность устройства с 14,5 до 17 процентов, отмечается в публикации в журнале Американского химического общества ACS Applied Materials and Interfaces.
Биоперовскитный солнечный элемент поможет увеличить КПД солнечных панелей на базе классического перовскита. Добавление белка бактериородопсина (bR) в солнечные элементы продемонстрировало усиление эффективности фотоэлементов.
По словам Шашанка Прии, профессора материаловедения в Университете Пенсильвании, биоперовскит в будущем может значительно удешевить саму конструкцию, что непременно скажется и на стоимости солнечных панелей.
Сегодня самые продвинутые перовскитные фотоэлементы способны преобразовывать 22-23% солнечного света в электричество. По словам американских ученых, добавление белка bR в солнечные перовскитные элементы повышает эффективность фотоустройств с 14,5 до 17%.
Ученые предложили остроумный и неожиданный ход: совместить биоматериал и перовскит. Полученный таким образом биоперовскит продемонстрировал не просто отличные результаты, но и позволил расширить горизонты солнечной энергетики.
«Предыдущие эксперименты со вмешиванием разных белков в структуры солнечных элементов позволяли достичь порога в 8-9% эффективности. Но ни одно из исследований не приближалось к цифре в 17 процентов — такой результат исключительно важен», — отмечает профессор Прия.
По оценкам исследователей, коммерческие солнечные батареи состоят из сотен или тысяч отдельных солнечных элементов, поэтому даже небольшое повышение эффективности может привести к ощутимой экономии.
На открытие биоперовскита ученых вдохновила природа
Идею смешать белок с перовскитом ученые почерпнули из природы. Эксперименты по улучшению работы фотоэлементов на базе перовскита проводились с помощью механизма передачи энергии между парой светочувствительных молекул (Förster Resonance Energy Transfer, или FRET).
Как пояснил профессор Венкатесан из Северо-Восточного университета при Гарвардском университете, механизм этот давно известен и даже задействован в фотосинтезе. Сегодня он востребован во многих беспроводных технологиях. «Мы опираемся на этот механизм в попытке создать мир систем, вдохновленных биологией — такие биосистемы превзойдут неорганические или органические молекулы», — пояснил Венкатесан.
Ученые выяснили, что белок bR и перовскитные материалы имеют сходные электрические свойства, или запрещенные зоны. Выровняв эти промежуточные зоны, ученые предположили, что помощью механизма FRET можно достичь повышенной производительности в перовскитных фотоэлементах.
Тем не менее, определенный процент электронно-дырочных пар рекомбинирует, уменьшая количество производимого тока. По словам ученых, смешивание белка bR с солнечными элементами на основе перовскита помогло электронно-дырочным парам лучше проходить через устройства, уменьшая потери при рекомбинации и повышая эффективность.
Ученые уверены, что результаты их исследования могут повлиять на мир современных технологий: открытие приведет к разработке других гибридных устройств, в которых искусственные и биоматериалы будут работать вместе.
Источник: СompoundSemiconductor
